复合材料模具选择和使用

复合材料模具差异很大,取决于行业和应用。例如,航空航天工业中普遍使用高端镍铁合金模具,而船舶和风力叶片制造商通常使用GFRP模具。本专栏将重点介绍利用玻璃纤维作为增强材料的传统复合模具,并将为制造商提供指导,帮助制造商使用最适合的制造工艺,投资符合所需数量和质量标准的高性价比模具。

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模具制造的最佳实践取决于许多因素,其中包括:

  • 模具的零件数量
  • 模具使用寿命
  • 成本
  • 最终产品规格,公差和表面光洁度
  • 材料选择
  • 生产率和交货期限
  • 员工专业知识

因为有很多关于模具的决定,所以我们把这个主题分成了两列。在这个问题上,我们将讨论最终产品制造过程,模具设计和插头生产的影响。第二部分将发表在2018年1/2月份复合材料制造杂志上,我们将研究模具制造,模具维护以及即将到来的模具创新。

综合生产过程    

在开始模具制造过程之前,必须考虑最终应用的预期生产方法。您使用的方法会影响您要建立的模具,反之,模具会影响生产方法。下面是一个例子说明两者之间的共生关系:如果您只需要几个零件,那么您不会为热树脂传递模塑(RTM)工艺建立一个模具。模具和工艺只是太昂贵。但是,如果您计划每天制造十几个零件,那么您可能会使用加热的RTM模具,每小时可以生产两到三个零件。

在考虑预期的生产过程和模具时,这些都是考虑的一些因素:

  • 表面要求 – 最终零件的光泽,轮廓和纹理。
  • 预期体积 – 应用程序是原型(1-5),低体积(20-50),中等(几百)还是高体积(几千)?
  • 模具数量 – 预期的体积决定了所需的模具数量。
  • 准确性 – 部件经常连接在一起,所以精度是关键。
  • 耐用性 – 这通常与所需的体积相关联,但简单的设计修改(如更高的拔模角度)可以减少模具表面的磨损和损坏。
  • 建造速度 – 制造一个或多个模具所需的时间。
  • 成本和预算

设计,制造插件,模具制造,表面处理,框架,维护和脱模可以根据模具最终将被用于何种类型的复合制造工艺而显着变化。

模具设计

模具制造过程通常从插头(最终部件的表示)和初始模具(“拔出”插头以制造生产部件的镜像)开始。用坚实的设计开始项目是非常重要的。通过在设计阶段投入时间,精力和金钱,您可以避免或减少后期的生产问题。您的资本回报 – 仅在生产开始后才能实现 – 取决于高质量模具能够多快生产高质量零件,而只需要最少的额外投入即可生产成品,可装运的零件。如果你建立一个设计不好的模具,资本回报可能永远不会发生。

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在模具设计中有许多因素需要考虑,其中许多已经列出。一个主要问题是从插头到模具的收缩。用较老的模具制造材料,经验法则是期望每英寸模具收缩1/32英寸。在设计阶段也必须考虑与材料有关的零件收缩。采用新型可控收缩的模具制造材料,收缩率可以降到最低,但收缩材料制成的部件仍然需要补偿。

在设计插头和模具时,制造商还需要考虑凝胶涂层的易用性,放置纤维,放置芯片,移动和储存在工厂以及它们对劳动力成本的影响。计划不周的设计会导致制造问题。如果生产问题和模具耐久性/预期寿命有任何顾虑,应在设计阶段咨询负责模具装载,模具护理,模具准备,模具移动,脱模和生产控制的人员。

有可供设计通过计算机辅助设计(CAD)文件,然后他们的机器,包括SolidWorks插头许多软件包®,欧特克,NX设计和ESAComp。

插头生产

插头可以使用各种材料设计,包括石膏,泡沫,木头,工具板,塑料和改性玻璃纤维部件。除CAD设计,机械加工和3D打印之外,插头通常仍然是手工制作的,使用中密度纤维板(MDF)等木质产品,然后将修整材料和涂层打磨成所需的表面光洁度。这是一个简单和较小形状的常用插件制作方法。

如前所述,最终零件的生产制造过程会严重影响插头和模具制造的决定。传统的开放式模具通常提供最低的成本进入,因为您只需要建立一个单一的模具(通常称为A面),这使您可以更快地分批生产。封闭的模制工艺可以提供改进的背面表面,尤其是当从A面模具上构建刚性反模(RTM或轻RTM)时。

RTM具有许多优点,包括改进的尺寸控制(部件厚度),更好的树脂与纤维比率,降低的空隙含量,更清洁的工作条件以及部件生产期间的减少排放。但是,制造两个模具而不是一个模具会有额外的成本。此外,所需的法兰细节,真空密封以及树脂和真空的各种端口也增加了建造RTM和轻型RTM反模具的成本和时间。这些成本通常被流程和生产改进所抵消。

另一种封闭成型选项是真空灌注处理(VIP)。VIP拥有最低的封闭成型入口成本,但从长远来看,VIP可能是最昂贵的工艺,因为VIP固有地与大量一次性材料相连,如薄膜,剥离层,树脂进料线,真空进料线和密封胶带。但是,VIP只需要建立一个模具。此外,由于薄膜允许进行这些修改,所以该工艺非常容易进行层压和核心修改。

上面的指导并不包括模具设计和插头生产的所有复杂性。每一个模具建设项目都是细微差别,并提出不同的挑战。复合材料制造商必须及时了解可降低成本和提高性能的新技术和新材料。请查看下一期的专栏,了解模具制造方面的一些最新进展。

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